Il motore coreless è un motore CC leggero e ad alte prestazioni che sostituisce il tradizionale nucleo in ferro con una struttura a bobina cava e autoportante, riducendo l'inerzia ed eliminando le perdite di ferro. Questa struttura garantisce un'accelerazione rapida, una rotazione fluida senza cogging e un'efficienza eccellente. Ampiamente utilizzati nella robotica, nei droni, nei dispositivi medici e negli strumenti di precisione, i motori senza nucleo sono ideali per le applicazioni che richiedono una risposta rapida, dimensioni compatte e un elevato rapporto potenza/peso.

Mi sono state rivolte molte domande sui motori coreless, quindi abbiamo scritto un articolo per spiegarlo. In questo articolo spiegheremo cos'è un motore coreless, come funziona e perché si sta diffondendo in vari settori.

Che cos'è un motore coreless

Un motore senza nucleo, noto anche come motore a tazza cava. Il motore coreless è un motore CC leggero e ad alte prestazioni che sostituisce il tradizionale nucleo in ferro con una struttura a bobina cava e autoportante, riducendo l'inerzia ed eliminando le perdite di ferro. Questa struttura garantisce un'accelerazione rapida, una rotazione fluida senza cogging e un'efficienza eccellente. Ampiamente utilizzati nella robotica, nei droni, nei dispositivi medici e negli strumenti di precisione, i motori senza nucleo sono ideali per le applicazioni che richiedono una risposta rapida, dimensioni compatte e un elevato rapporto potenza/peso.

Struttura di base

Il struttura di base di un motore senza nucleo può essere suddiviso in alcune parti fondamentali:

1. Rotore (armatura)
   • Realizzato in un avvolgimento di bobine cave a forma di cesto senza nucleo di ferro.
   • Molto leggero e sottile, riduce l'inerzia e consente una risposta rapida.
2. Magneti permanenti
   • Fissato al alloggiamento dello statore (involucro esterno).
   • Forniscono il campo magnetico che interagisce con l'avvolgimento del rotore.
3. Commutatore e spazzole
   • Fornisce corrente alla bobina del rotore.
   • Spesso sono realizzati in metalli preziosi (come l'argento o la lega d'oro) per garantire una bassa resistenza e una lunga durata.
4. Albero e cuscinetti
   • L'albero del motore passa attraverso il centro, supportato da cuscinetti di precisione per una rotazione fluida.

Principio di funzionamento del motore coreless

👉 In sostanza: A Il motore coreless funziona lasciando scorrere la corrente attraverso un avvolgimento leggero e privo di ferro che interagisce con il campo magnetico permanente dello statore, creando una coppia continua e consentendo di alta efficienza, accelerazione rapida e movimento fluido.

• Flusso di corrente nel rotoreQuando la corrente continua scorre attraverso l'avvolgimento cavo "a cestello", genera un campo magnetico intorno al rotore.
• Azione della forza di LorentzIl campo magnetico del rotore interagisce con il campo magnetico permanente fissata nello statore. Legge di Lorentz sulle forzeUna forza viene esercitata sui conduttori, producendo una coppia che fa girare il rotore.
• CommutazioneMentre il rotore gira, il commutatore e spazzole Questo permette di mantenere la coppia continua e il rotore in rotazione senza problemi.
• Nessun vantaggio del nucleo di ferroPoiché nel rotore non c'è ferro, c'è nessuna coppia cogging o perdita per correnti parassiteche porta a una risposta fluida, efficiente e veloce.

Applicazioni dei motori coreless

🤖 Robotica

• Vantaggi principali: Bassa inerzia + risposta rapida
• Vantaggi:
  • Accelerazione e decelerazione estremamente rapide per il controllo dinamico del movimento.
  • La coppia erogata è fluida e priva di cogging, per garantire la stabilità dei movimenti articolari.
  • Elevata precisione di posizionamento, ideale per traiettorie complesse.
• Applicazioni tipiche: Bracci robotici, robot chirurgici, motori di propulsione UAV.

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✈️ Aerospaziale

• Vantaggi principali: Leggerezza + Alta efficienza + Alta affidabilità
• Vantaggi:
  • Elevata densità di potenza, che garantisce un'elevata resa entro limiti di peso rigorosi.
  • Generazione di calore e consumo energetico ridotti, per prolungare la durata della batteria.
  • Prestazioni stabili anche in condizioni di temperatura e vibrazioni estreme.
• Applicazioni tipiche: Propulsione UAV, attuatori per il controllo dell'assetto dei satelliti, sistemi ausiliari elettrici per aerei.

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🏥 Dispositivi medici

• Vantaggi principali: Bassa rumorosità + Funzionamento regolare + Alta precisione
• Vantaggi:
  • Funzionamento silenzioso e privo di vibrazioni, ideale per gli ambienti medici.
  • Controllo del movimento preciso e affidabile per la somministrazione sicura di farmaci o strumenti chirurgici.
  • Dimensioni compatte, adatte a dispositivi portatili o impiantabili.
• Applicazioni tipiche: Pompe per infusione, pompe di assistenza cardiaca, robot chirurgici, piattaforme di imaging medicale.

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🏭 Automazione industriale

• Vantaggi principali: Risposta rapida + controllo ad alta precisione
• Vantaggi:
  • Migliora la velocità di produzione e l'efficienza dell'automazione.
  • Adatto alla produzione di alta precisione e alla lavorazione a livello di micron.
  • Funzionamento ad alta efficienza energetica, per ridurre i costi energetici della fabbrica.
• Applicazioni tipiche: Mandrini di macchine CNC, trasportatori, sistemi di distribuzione, linee di assemblaggio automatizzate.

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🏠 Elettrodomestici

• Vantaggi principali: Design compatto + Bassa rumorosità
• Vantaggi:
  • Consente di realizzare prodotti più piccoli e portatili.
  • Il funzionamento silenzioso migliora il comfort dell'utente.
  • Alta efficienza, per prolungare la durata della batteria nei dispositivi portatili.
• Applicazioni tipiche: Spazzolini da denti elettrici, rasoi, macinacaffè, aspirapolvere intelligenti.

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🚗 Automotive

• Vantaggi principali: Elevata reattività + durata
• Vantaggi:
  • Fornisce un controllo preciso e reattivo dei componenti elettrici dei veicoli.
  • Resiste alle alte temperature, alle vibrazioni e al funzionamento a lungo termine.
  • Compatto e leggero, supporta la riduzione del peso del veicolo.
• Applicazioni tipiche: Pompe di iniezione del carburante, regolatori dei fari, sedili elettrici, sistemi di controllo degli specchietti.

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🎯 Strumenti di precisione

• Vantaggi principali: Zero cogging + rotazione fluida
• Vantaggi:
  • Assicura una precisione e una stabilità estremamente elevate.
  • Basso rumore e minima interferenza elettromagnetica, ideale per sistemi di misura sensibili.
  • Il fattore di forma ridotto consente l'integrazione in dispositivi di precisione compatti.
• Applicazioni tipiche: Autofocus/zoom delle fotocamere, movimenti di orologi, strumenti di misura scientifici.

Caratteristica del motore coreless

🔹 Struttura compatta

I motori coreless eliminano il tradizionale nucleo in ferro, utilizzando un design a bobina autoportante. Questo li rende più piccoli e compatti, pur garantendo un'elevata potenza di uscita. La loro struttura compatta è ideale per i dispositivi in cui lo spazio è limitato, come i droni, le apparecchiature mediche e gli strumenti di precisione.

🔹 Peso leggero

Senza il nucleo di ferro, i motori coreless sono molto più leggeri dei motori tradizionali. Il peso ridotto non solo migliora l'efficienza, ma aumenta anche la portabilità, rendendoli la scelta preferita nel settore aerospaziale, nella robotica e nei dispositivi portatili.

🔹 Alta velocità ed efficienza

L'assenza di perdite di ferro consente ai motori coreless di raggiungere velocità di rotazione estremamente elevate con un'efficienza eccellente. Rispondono rapidamente ai segnali di controllo, rendendoli perfetti per applicazioni ad alte prestazioni come bracci robotici, droni e componenti automobilistici.

🔹 Bassa rumorosità

Il design elettromagnetico morbido riduce la coppia di ingranaggi e le vibrazioni, garantendo un funzionamento più silenzioso. Questo li rende adatti a dispositivi medici, strumenti di precisione ed elettrodomestici in cui la silenziosità è fondamentale.

🔹 Stabilità

I motori coreless garantiscono una rotazione fluida e stabile anche a basse velocità, grazie all'assenza di cogging. Questa stabilità garantisce un controllo e un posizionamento accurati, soprattutto nella robotica, nell'automazione e negli strumenti ottici.

🔹 Alta affidabilità

La struttura semplificata, con minori perdite magnetiche e minore accumulo di calore, aumenta l'affidabilità. I motori coreless possono funzionare in modo costante in condizioni difficili, rendendoli adatti ai sistemi aerospaziali e automobilistici.

🔹 Lunga durata

Grazie alla minore usura dei componenti, alle ridotte sollecitazioni meccaniche e alle efficienti prestazioni termiche, i motori coreless offrono in genere una durata maggiore rispetto ai motori tradizionali. Questa durata riduce le esigenze di manutenzione e migliora le prestazioni a lungo termine.

Classificazioni dei motori coreless

1. Motori CC senza nucleo a spazzole

• Utilizzo commutatore e spazzole per commutare la corrente nell'avvolgimento del rotore.
• Semplice, compatto e ampiamente utilizzato in giocattoli, dispositivi medici e piccola elettronica.
• Vantaggi: bassa inerzia, funzionamento regolare, basso costo.
• Limitazione: l'usura delle spazzole ne riduce la durata.

2. Motori CC senza nucleo brushless (BLDC)

• Utilizzo commutazione elettronica al posto dei pennelli.
• Il rotore è costituito da avvolgimenti senza nucleo o da magneti permanenti, mentre lo statore è costituito da bobine.
• Maggiore durata, maggiore efficienza, minore manutenzione.
• Comune in droni, robotica, aerospaziale e apparecchiature di precisione.

3. Servomotori senza nucleo

• Specificamente progettato per controllo preciso di posizione, velocità o coppia.
• Integrato con encoder o sistemi di retroazione.
• Utilizzato in Giunti robotici, macchine CNC e robotica medica.

4. Motori passo-passo senza nucleo

• Operare in passi discreti per un posizionamento preciso.
• Il design senza nucleo riduce l'inerzia, consentendo una risposta molto rapida.
• Applicato in Stampanti 3D, sistemi di messa a fuoco per fotocamere e apparecchiature ottiche.

Motore DC Coreless vs. Motore DC tradizionale

Un motore DC coreless offre una risposta più rapida, un'efficienza maggiore e un movimento più fluido, ma a un costo più elevato e a una durata inferiore (per le versioni brushed). Un motore CC tradizionale è più robusto ed economico, ma più pesante e meno reattivo.

⚙️ 1. Costruzione del rotore

• Motore senza nucleo: Il rotore è un bobina cava, a forma di cesto senza nucleo di ferro.
• Motore CC tradizionale: Il rotore ha laminati di ferro con avvolgimenti di rame.

⚡ 2. Inerzia e risposta

• Motore senza nucleo: Molto bassa inerzia, abilitando accelerazione e decelerazione rapida.
• Motore CC tradizionale: Maggiore inerzia dovuta al nucleo di ferro pesante, che rende la risposta più lenta.

🔄 3. Caratteristiche della coppia

• Motore senza nucleo: Coppia fluida, assenza di cogging (nessun effetto dei denti magnetici).
• Motore CC tradizionale: Presenza di una coppia di ingranaggi, soprattutto a basse velocità.

🔋 4. Efficienza e calore

• Motore senza nucleo: Alta efficienza; nessuna perdita di ferro (correnti parassite/isteresi).
• Motore CC tradizionale: Minore efficienza dovuta a perdite di ferro e l'accumulo di calore.

🛠️ 5. Dimensioni e peso

• Motore senza nucleo: Leggero e compattoideale per i dispositivi portatili o con spazio limitato.
• Motore CC tradizionale: Più pesante e più ingombrante.

🧩 6. Durata e costi

• Motore senza nucleo: Le spazzole (nel tipo spazzolato) si consumano rapidamente; in genere sono più costose.
• Motore CC tradizionale: Più robusti e più economici, con una maggiore durata delle spazzole in molti casi.

📌 7. Applicazioni

• Motore senza nucleo: Robotica, droni, dispositivi medici, telecamere, aerospazio, dove precisione, velocità e leggerezza sono fondamentali.
• Motore CC tradizionale: Ventilatori, pompe, trasportatori, macchine industriali, dove la durata e l'efficienza dei costi sono importanti.

Riferimento:

https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor